高校化学
Unit 11
ハロゲン・酸素・硫黄
Cl₂ の臭い・Br₂ の赤褐色・I₂ の昇華性…ハロゲンと酸素族元素の個性と重要反応を整理しよう。
🟡 ハロゲン🔴 酸素・オゾン🏭 硫酸の製造
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ハロゲン（17族）の性質と反応
ハロゲン（17族：F, Cl, Br, I）は非金属元素で、最外殻に7個の電子をもち、電子を1つ受け取って1価の陰イオン（X⁻）になりやすい。酸化力は F > Cl > Br > I の順で、F₂ は最も強い酸化剤。
🧪 ハロゲン単体の比較
| 元素 | 常温の状態 | 色・臭い | 酸化力 | おもな用途・製法 |
|---|---|---|---|---|
| F₂（フッ素） | 気体 | 淡黄色・刺激臭 | 最も強い | フッ素樹脂（テフロン）・UF₆（核燃料処理） |
| Cl₂（塩素） | 気体 | 黄緑色・刺激臭 | 強い | 塩酸・漂白剤・殺菌剤；MnO₂+濃HCl で製造 |
| Br₂（臭素） | 液体 | 赤褐色・刺激臭 | 中程度 | 農薬・薬品合成原料 |
| I₂（ヨウ素） | 固体（昇華性） | 黒紫色・特異臭 | 弱い | ヨードチンキ・でんぷん検出（ヨウ素デンプン反応） |
⚗️ ハロゲンの重要反応
| 反応 | 反応式 |
|---|---|
| ハロゲン化水素の生成（塩化水素） | H₂ + Cl₂ → 2HCl |
| Cl₂ の水への溶解（次亜塩素酸生成） | Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO |
| Cl₂ の NaOH への反応（漂白粉） | Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O |
| ハロゲン置換（Cl がBrを追い出す） | Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂ |
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酸素（16族）と硫黄の性質・反応
酸素（O₂, O₃）と硫黄（S）は同じ16族。酸素は二重結合性分子、オゾン O₃ は強力な酸化剤。硫黄は斜方硫黄・単斜硫黄・ゴム状硫黄の同素体があり、硫黄から硫酸の工業的製法（接触法）が重要。
🏭 硫酸の工業的製法（接触法）
| 工程 | 反応 | 条件 |
|---|---|---|
| ① S の燃焼 | S + O₂ → SO₂ | — |
| ② SO₃ への酸化 | 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ | V₂O₅触媒, 450°C, 高圧 |
| ③ 発煙硫酸の生成 | SO₃ + H₂SO₄(濃) → H₂S₂O₇ | SO₃ を水に直接溶かすと霧が生じるため |
| ④ 硫酸の希釈 | H₂S₂O₇ + H₂O → 2H₂SO₄ | — |
📋 硫酸 H₂SO₄ の性質まとめ
- 濃硫酸：不揮発性・吸湿性・脱水性・酸化性（熱時）；希釈するとき酸を水に注ぐ
- 希硫酸：強酸・酸化力なし；Zn や Fe を溶かして H₂ を発生
- 濃硫酸 + 濃硝酸 → 混酸（ニトロ化に使用）
✅ この単元のまとめ
- ハロゲン（F,Cl,Br,I）：酸化力 F>Cl>Br>I；F₂ 最強の酸化剤
- Cl₂ の製法：MnO₂ + 4HCl(濃) → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O
- 次亜塩素酸 HClO：Cl₂ を水に溶かして生成；漂白・殺菌作用
- 硫黄の同素体：斜方硫黄・単斜硫黄・ゴム状硫黄（いずれも S₈ または Sₙ）
- 接触法：S → SO₂ → SO₃ → 発煙硫酸 → H₂SO₄
- 濃硫酸：脱水性・吸湿性・酸化性（熱時）；希釈は「酸を水に」
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